АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Білки мембран.

РЕФЕРАТ

з дисципліни “Біологія клітини”

на тему «Структура і функції біологічних мембран. Транспорт через цитоплазматичну мембрану. Проникнення твердих та рідких матеріалів.»

Виконав:

студент 1 курсу, група БТ-41

__________ Дещинський Іван Віталійович

підпис

№ залікової _________________________

Робота здана_________________________

Перевірив:

доцент каф промислової біотехнології, к.б.н

_______________________________ Жолнер Л.Г

Підпис

Роботу зараховано ______________________

Дата

З оцінкою______________________________

Київ 2014

Зміст

Вступ. 3

1. Будова мембран. 5

1.1. Ліпідні компоненти мембран. 5

1.2. Білки мембран. 6

2.Функції плазматичної мембрани. 10

3.Транспорт речовин крізь клітинну мембрану. 12

3.1. Пасивний транспорт. 14

3.2. Активний транспорт. 17

4. Ендо- й екзоцитоз. 22

Висновки. 26

Список використаної літератури. 27

Вступ

Мембрани відіграють ключову роль як у структурній організації, так і у функціонуванні усіх клітин. Мембрани формують внутрішньоклітинні компартменти, з їх допомогою відбувається розділення вмісту компартментів і навколишнього середовища. Але якби це була єдина функція мембран, вони не були б для нас настільки цікаві. Мембрани не тільки розділяють клітину на окремі компартменти, але і беруть участь у регуляції усіх зв'язків і взаємодій, що здійснюються між зовнішньою і внутрішньою сторонами цих компартментів. Це може виявлятися у вигляді фізичного перенесення іонів або молекул через мембрану або у формі передачі інформації за допомогою конформаційних змін, індукованих в мембранних компонентах. Крім того, з мембранами пов'язані багато клітинних ферментів. Деякі з них каталізують трансмембранні реакції, коли реагенти знаходяться по різні сторони мембрани або коли каталітичний акт супроводжується транспортом молекул

Усі мембрани побудовано за однаковим принципом: вони є ансамблями ліпідних і білкових молекул, що утримуються за допомогою нековалентних взаємодій. Ліпідні молекули утворюють безперервний подвійний шар завтовшки 4–5 нм, іноді близько 10 нм. Амфіфільні ліпіди в бішарі розташовані так, що їх гідрофільні «голівки» напрямлені назовні від мембрани, а гідрофобні «хвости» — усередину. Саме така організація бішару дає змогу обом сторонам мембрани контактувати з водою, що є неодмінною умовою можливості обмінних і транспортних процесів.

Біологічні мембрани є структурами, які відіграють ключову роль у функціонуванні клітин живих організмів. Вони обмежують внутрішньоклітинне середовище, тобто забезпечують компартменталізацію, завдяки їм відбувається регуляція життєдіяльності клітин. З біологічними мембранами пов'язаний ціла низка ферментів, що каталізують реакції трансмембранного переносу речовин, беруть участь у процесах передачі сигналу тощо.

Мембрани відіграють важливу роль у здійсненні наступних клітинних функцій: бар’єрна;матрична; механічна; транспортна; енергетична; генерація та проведення біопотенціалів; рецепторна; адгезивна; рухова.

Вони беруть участь у транспорті речовин. Транспорт речовин через біологічні мембрани – необхідна умова життя. З перенесенням речовини через мембрани пов’язані процеси метаболізму клітини, біоенергетичні процеси, утворення біопотенціалів, генерація нервового імпульсу та ін.

Дослідження біологічних мембран залишається актуальним питанням, оскільки знання про їхню структуру та функції є необхідними для розв'язання багатьох проблем сучасної біології. Проведення таких досліджень потребує розробки адекватних біохімічних, молекулярно-біологічних, біофізичних, імунологічних та інших методів, які б дозволили з'ясувати не тільки структурно-функціональну організацію біомембран, а й їхню роль у процесах клітинного метаболізму та в процесах збудження.

1. Будова мембран.

Найважливіша умова існування клітини, і, отже, життя - нормальне функціонування біологічних мембран. Мембрани - невід'ємний компонент всіх клітин.

Всі біологічні мембрани мають товщину від 5 до 10 нм, містять білки, ліпіди, співвідношення між якими варіює залежно від походження мембрани. Крім того, в них присутні вуглеводи, неорганічні солі, вода і ряд інших сполук; в деяких мембранах виявлені сліди рнк (до 0,1%). У ссавців мембрани містять особливо велику кількість фосфоліпідів і холестеролу. В даний час загальноприйнятою моделлю будови мембран є рідинно-мозаїчна, запропонована в 1972 році С. Сінджером і Дж.Ніколсоном.

1.1. Ліпідні компоненти мембран.

Основа всіх клітинних мембран - це ліпіди, що становлять близько 45 % їхньої маси. Здебільшого (понад половину) - це молекули фосфоліпідів різної довжини й структури. Для всіх ліпідів характерно, що іоногенні групи молекул утворюють гідрофільну голівку, а вуглеводневі жирнокислотні хвости надають їм гідрофобності. Оскільки мембрани розділяють дві водні фази, то вони складаються із двох шарів ліпідів. Гідрофільні голівки спрямовані до водних фаз - назовні й усередину до відповідної структури клітини, а гідрофобними хвостами обидва шари спрямовані одне до одного. [1]

Ліпіди не випадково стали основою всіх клітинних мембран. Перебуваючи у водному середовищі, вони мають властивість самоорганізовуватися: кожна молекула зв'язується з іншими, що забезпечує утворення тонкої плівки, а при струшуванні - суспензії пухирців (везикул).

Детальніше будову мембрани зображено на рис.1.1

Рис. 1.1 Клітинна мембрана

Білки мембран.

Ззовні й зсередини до ліпідів прилягають два білкових шари. На частку білків припадає близько 55 % маси. Але на відміну від ліпідів вони не скрізь утворюють суцільні шари. Розрізняють білки інтегральні й периферичні.

Інтегральні білки пронизують мембрану наскрізь, часом виходячи відносно далеко з ліпідів.

Периферичні - білки вбудовані на різну глибину між ліпідами. Вони адсорбовані на поверхні мембрани й пов'язані з нею переважно електростатичними силами, тобто не так тісно, як ліпіди. Унаслідок цього вміст (щільність) білків на мембрані може змінюватися, а отже, змінюється й активність функцій, що вони виконують.

Період життя білків становить від 2 до 5 днів. Тому в клітині відбувається постійний синтез білків мембран на полісомах, що перебувають поблизу відповідних структур. І при зміні інтенсивності процесу самовідновлення функціональна активність їх так само змінюється.

Мембранні білки виконують кілька функцій: 1) вони можуть переносити молекули через мембрану; 2) є рецепторами для хімічних агентів (таких, так гормони); 3) через свої розгалужені вуглеводні ланцюги забезпечують міжклітинну взаємодію, а також розпізнавання антигенів; 4) діють як ферменти; Білки можути бути інтегральними, міцно вбудованими в мембрану або асоційованими. Останні неміцно або оборотно пов'язані з мембраною і здатні відчепитись навіть при м'яких впливах. Інтегральні білки можуть бути ковалентно пов'язані кінцевою карбоксильною групою білка з фосфоліпідами мембрани. Багато інтегральних білків нерозчинні у воді. Вони занурені в мембрану і утримуються там трьома основними силами:

1) іонними взаємодіями з полярними головками;

2) гідрофобними взаємодіями з внутрішньої ліпідної частиною мембрани;

3) специфічними взаємодіями з холестеролом і іншими молекулами мембрани.

Більшість інтегральних білків пронизують ліпідний бішар і мають полярні ділянки з двох сторін. Новітні дані, отримані методом рентгеноструктурного аналізу, показали, що ланцюги мембранних білків згортаються, мабуть так, що спіральні і структурні ділянки виявляються зануреними в гідрофобну область мембрани. Ті молекули, які перебувають поза мембраною є неупорядкованими структурами.

У мембран розрізняють зовнішню і внутрішню сторони, які в більшості випадків мають неоднаковий склад, тобто мембрани асиметричні. Ліпіди і білки, розташовані на зовнішній стороні плазматичної мембрани, зазвичай мають ковалентно пов'язані з ними вуглеводи. Внутрішня сторона мембрани і внутрішньоклітинні мембрани, як правило, позбавлені вуглеводів. Вуглеводна частина представлена полісахаридами, що включають зазвичай не більше 15 моносахаридних залишків, які часто утворюють розгалужені структури. У плазмалеми еукаріотичних клітин часто виявляються галактоза, маноза, фукоза, N-ацетилглюкозамін, N-ацетилгалактозаміном, арабіноза, ксилоза, нейрамінової кислота. Гліколіпіди представлені глікозілдіацілгліцерінамі (переважно в бактеріальних мембранах) і глікосфінголіпідамі: цереброзидів, гангліозид та ін. (в основному у еукаріотичних клітин). Мембрана являє собою динамічну структуру. Найбільш рухомим компонентом у ній є ліпіди. Вони досить вільно рухаються в площині ліпідного шару (латеральне переміщення), змінюючи своїх "сусідів" у середньому 10 ⁶ разів / сек. Молекули білків також можуть переміщатися латерально в площині мембрани. Можливо також, що білкові молекули обертаються навколо перпендикулярних і паралельних площині бішару осей, що може мати велике значення при функціонуванні макромолекул і мембран в цілому. Однак білки розподілені в мембрані не статистично, утворюючи ділянки з різними функціями. Інакше кажучи, білкові молекули не абсолютно вільно переміщаються в площині мембрани, оскільки можуть існувати взаємодії між окремими білковими молекулами і, крім того, між білками мембран і цитоскелетом клітини: структурними білками, актиновим, мікротрубочками, що примикають до мембрани зсередини. У свою чергу розташування білкових молекул в мембрані впливає на розподіл і орієнтацію ліпідних молекул в залежності від спорідненості конкретних білків і ліпідів.

Рухливість мембранних молекул в значній мірі залежить від складу жирних кислот. Більш впорядкованою і стабільною є структура мембран, що містить велику кількість насичених жирних кислот у фосфоліпідах, менш упорядкованою - містить значні кількості ненасичених жирних кислот. За оптимальних для життєдіяльності живих організмів температурах мембрана, як правило, має рідкокристалічний стан (проміжне між рідким і твердим). Цей стан зумовлено перш за все наявністю у мембранах системи ліпід - білок - вода, що формує різного типу впорядковані структури, які є рухливими. Такий стан мембран істотно впливає на їх функціонування і пояснює велику чутливість до різних зовнішніх чинників.

Сусідні клітини однієї тканини повинні сполучатися одне з одним для того, щоб координувати свою життєдіяльність і функціонувати як ціле у відповідності зі специфікою тканини. Таке повідомлення досягається за допомогою спеціальних коротких " трубочок", які зібрані в дископодібні структури у місцях щілинних контактів. Кожна трубочка складається з двох циліндричних білкових молекул - коннексонів. Молекула коннексона частково занурена в клітинну мембрану, а її виступаюча частина здатна зв'язуватися в міжклітинному просторі з коннексоном сусідньої клітини, так що утворюється безперервний канал, який з'єднує внутрішній простір двох клітин.[3]

2.Функції плазматичної мембрани

Плазматична мембрана, яка оточує цитоплазму, міцна та еластична, бо визначає розміри клітини. Вона виконує насамперед захисну функцію: оберігає внутрішнє середовище клітини від несприятливих впливів. Зокрема, серед мембранних білків є такі, що здатні зв’язувати антигени (мікроорганізми і речовини, які клітина сприймає як чужорідні) і тим самим запобігати їхньому проникненню в клітину. Отже, плазматична мембрана є однією з ланок захисних реакцій організму. Інша її функція – забезпечення обміну речовин з навколишнім середовищем. Плазматична мембрана характеризується напівпроникністю: одні сполуки можуть швидко проходити через неї, інші – повільніше або взагалі не можуть пройти через неї. Сполуки, необхідні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну речовин проникають через плазматичну мембрану за допомогою пасивного чи активного транспорту. У біологічних мембранах відбуваються процеси, пов’язані зі сприйняттям інформації, яка надходить з навколишнього середовища, формуванням і передачею збудження, перетворенням енергії, захистом від проникнення хвороботворних мікроорганізмів та іншими проявами життєдіяльності клітин, органів і організму в цілому. [2]

Мембрани здійснюють сигнальну функцію. Так, у плазматичну мембрану вбудовані сигнальні білки, здатні у відповідь на дію різних факторів навколишнього середовища змінювати свою просторову структуру і внаслідок цього передавати сигнали до клітини. Отже, особливості будови плазматичної мембрани забезпечують подразливість організмів, тобто їхню здатність сприймати подразники і певним чином на них відповідати.

Зовнішня та внутрішня поверхні мембрани можуть бути заряджені по-різному: на одному боці присутній позитивний заряд, на іншому – негативний. Це має важливе значення для здійснення активного транспорту певних молекул і подразливості клітини. Плазматичні мембрани забезпечують міжклітинні контакти в багатоклітинних організмах. Так, у місцях контакту двох тваринних клітин мембрани кожної з них здатні утворювати складки або вирости. Вони надають міжклітинному сполученню особливої міцності та пружності.

Плазматичні мембрани також беруть участь у рості та поділі клітин.

Важлива роль біологічних мембран і в процесах взаємоперетворення різних форм енергії: механічної (наприклад, рух джгутиків, війок), електричної (формування мембранного потенціалу та нервового імпульсу), хімічної (синтез багатих на енергію сполук).

3.Транспорт речовин крізь клітинну мембрану

Клітинні мембрани мають властивості напівпроникності, тобто деякі речовини через них проходять, а інші - ні. Унаслідок цього ті або інші сполуки можуть накопичуватися з якогось боку від мембрани, створюючи концентраційні градієнти. Так, у клітині й поза нею суттєво різниться вміст більшості іонів (табл. 3.1.), що беруть участь у виконанні багатьох фізіологічних процесів. [4]

Таблиця 3.1.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1067 | Нарушение авторских прав